(57)【要約】【課題】  厳しい使用条件下でのさらなる長寿命化を図ること。【解決手段】  雄ねじ溝３ａが外周部に形成されたねじ軸３と、雌ねじ溝５が内周面に形成されて、ねじ軸３の軸線方向に沿って移動可能にねじ軸３に嵌合されたナット７と、雄ねじ溝３ａと雌ねじ溝５との間に介装された複数個のボール９とを備え、ねじ軸３、ナット７及びボール９のうち、少なくとも１つの表面に、微小なくぼみを形成し、且つ、微小なくぼみならびにその表層部に固体潤滑剤被膜を形成し、その被膜厚さを０．１μｍ〜８．０μｍとしてなる。【選択図】        図１
2006283931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線状に形成された軸と、該軸に嵌合し該軸に案内されて軸線方向に直線移動可能とされた直動体と、該直動体の内周面に形成された転動体溝と前記軸との間に転動自在に配設された複数個の転動体と、前記直動体に形成され、前記転動体を前記転動体溝の一端側から他端側に循環させる循環経路とを備えた直動装置において、相隣接する前記転動体間に、前記転動体に夫々対面する２個の凹面を有するリテーニングピースを夫々配設すると共に、前記軸、前記直動体及び前記転動体において、少なくとも１つに面積率で７５％以上の表面に、固体潤滑被膜を形成していることを特徴とする直動装置。
【請求項２】
前記固体潤滑被膜は面積率で９５％以下の表面に形成していることを特徴とする請求項１に記載の直動装置。
【請求項３】
前記固体潤滑剤被膜の厚さは、０．１μｍ以上、８．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の直動装置。
【請求項４】
前記固体潤滑被膜が形成された前記表面には、深さが０．１μｍ以上、５．０μｍ以下の微小なくぼみが形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の直動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直動装置に関し、詳しくは電動射出成形機や電動プレス機等の断続的に高負荷荷重が作用し、短ストロークの往復運動を行う使用頻度の高い揺動部に用いられる直動装置の長寿命化に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、直動装置は油圧シリンダの代わりとして、電動射出成形機や電動プレス機等の回転運動から直進運動への変換や、直進移動を摩擦損失なく円滑に行うため、ボールやローラを転動体として用いた直動装置が多用されている。例えば、直動装置の一例である総ボール形のボールねじは、外周部に雄ねじ溝が形成されたねじ軸と、該雄ねじ溝と同一ピッチの雌ねじ溝が内周部に形成されたナットと、該雄ねじ溝と雌ねじ溝との間に転動自在に介装された複数個のボールとから構成され、ナットには雌ねじ溝の一端側と他端側とを連通させる循環通路が形成されている。
【０００３】
ねじ軸とナットとを相対的に回転させると、ボールは雄ねじ溝と雌ねじ溝とで形成される転動路内を転動しながら雌ねじ溝内を前進し、雌ねじ溝の一端側に達したボールは循環通路を通って該雌ねじ溝の一端側から他端側へと循環して再び雄ねじ溝と雌ねじ溝との問に供給されて転動するようになっている。
【０００４】
雄ねじ溝と雌ねじ溝との間で転動するボールは、同一方向に回転しており、該ボール同士が直接接触すると、接触部であるボールの表面においては、相対的に反対方向に運動している。そのため、転動速度の２倍の速度の相対すべりが生じ、ボールの競り合いと呼ばれる現象が発生してボール表面が早期に摩耗したり、摩擦熱によってボールやねじ溝の焼付きが発生する等の不具合が生じることがあった。
【０００５】
ボールとねじ軸、又はボールとナットの接触点は、グリース或いは潤滑剤を介して接触楕円と呼ばれる非常に小さな楕円形になり、該接触点における面圧は、極端に高くなる従来のボールねじは、該高い面圧に耐え得るように、特殊材料が用いられている。即ち、ねじ軸及びナットには、ＳＣＭ４２０等の浸炭軸受用鋼や、ＳＡＥ４１５０等の高周波焼入れ用鋼を用い、熱処理して表面硬度を高めたものが使用されていた。
【０００６】
電動射出成形機や電動プレス機等で使用されるボールねじは、瞬間的に高負荷が加わる短いストロークで使用され、最大負荷が作用した状態で一旦停止した後、逆回転する往復運動の条件下で使用されるものである。このため、ボール転動面での油膜が掻き取られ、ねじ溝とボールとの接触面に潤滑剤が入り難く、油膜形成が不十分となる傾向があり、ねじ軸、ナット及びボールの転動面に、表面損傷による摩耗、剥離が生じ易い問題点があった。
【０００７】
特に、転動速度の２倍の速度の相対すべりが生じるボール同士の接触面において、損傷が著しいものがあった。更に、高負荷が作用することによる機台の変形、或いは取付け時のミスアライメント等が上述したボールの競り合いをさらに顕著にし、一層寿命を低下させていた。
【０００８】
ボールの摩耗を防止し、耐久性を向上させるため、例えば、ボールの表面を浸炭窒化処理してボールの寿命を向上させたボールねじが提案されている（特許文献１、２参照）。該ボールねじは、ボールの表面を浸炭窒化処理することにより、該表面にマルチンサイト組織を多く析出させてボールの表面硬度を高め、亀裂敏感性を低下させようとしたものである。しかし、ボールの競り合いが生じたときには、ボールの表面を浸炭窒化処理して硬度を高めても、ボール表面の損傷を避けることはできず、潤滑不良によるねじ軸又はナットの早期破損の一因となっていた。
【０００９】
ボールの競り合いを解消する手段としては、負荷荷重を支持する負荷ボール問に、該負荷ボールより数μｍ〜十μｍ程度直径の小さいスペーサボールを介在させたボールねじが提案されている（特許文献３参照）。このボールねじは、スペーサボールの介在により、ボール同士の競り合いを解消することはできるが、スペーサボールは負荷を受けることはできず、実質的に負荷を受けるボールの数が減少することになり、ボールねじの許容負荷荷重が低下することがあった。
【００１０】
許容負荷荷重の大幅な低減がなく、且つボールの競り合いを防止したボールねじとして、例えば、各ボ一ル間に夫々対面する２個の凹面を有するリテーニングピースを介装させるようにしたボールねじが提案されている（特許文献４、５、６参照）。これらのボールねじは、リテーニングピースの凹面に夫々ボールを接触させて配置することにより、スペーサボールを用いたボールねじに比較して遙かに多くの負荷ボールを配置することができ、許容負荷容量の低下を抑えることができる。また、ボール同士の競り合いがなく、リテーニングピースの凹面内に潤滑剤を保持させることも可能となって潤滑不良を著しく軽減させる利点がある。
【特許文献１】特開平１０−１０３４４５号公報
【特許文献２】特開平１１−３００８０３号公報
【特許文献３】特開２０００−２９１７７０号公報
【特許文献４】特開平１１−３１５８３５号公報
【特許文献５】特開２０００−１９９５５６号公報
【特許文献６】特開２００１−２１０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献４〜６に記載されているボールねじは、ボール同士の競り合い防止のみにより寿命延長を図ったものであり、高負荷、短ストローク往復運動での厳しい使用条件に耐え、長寿命を達成するためには、更に改善の余地があった。さらに、ねじ軸、ナット又はボールの表面に固体潤滑剤被膜を形成させた手段としては、特開２００４−６０７４２号公報に記載されているものがあるが、ただ単に固体潤滑剤である二硫化モリブデンの微粒子を噴射して衝突固着させただけでは容易に脱落し、被膜厚さを確保しただけでは不十分な場合も考えられるため、本技術だけでは問題解決とはならない。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、厳しい使用条件下でのさらなる長寿命化を図ることができる直動装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の請求項１記載の直動装置は、直線状に形成された軸と、該軸に嵌合し該軸に案内されて軸線方向に直線移動可能とされた直動体と、該直動体の内周面に形成された転動体溝と前記軸との間に転動自在に配設された複数個の転動体と、前記直動体に形成され、前記転動体を前記転動体溝の一端側から他端側に循環させる循環経路とを備えた直動装置において、相隣接する前記転動体間に、前記転動体に夫々対面する２個の凹面を有するリテーニングピースを夫々配設すると共に、前記軸、前記直動体及び前記転動体において、少なくとも１つに面積率で７５％以上の表面に、固体潤滑被膜を形成していることを特徴とする直動装置である。
【００１４】
上記構成の直動装置によれば、転動体に夫々対面する２個の凹面を有するリテーニングピースを、隣接する転動体間に夫々配設するようにしたので、転動体は、例えばリテーニングピースのゴシックアーチ形状の凹面に極めて低摩擦で接触しながら該リテ一二ングピースと共に転動体溝内を転動循環し、転動体同士の競り合いが防止されて、競り合いによる作動不良、騒音及び異常音の発生、転動体の摩擦による損傷を防止することができる。また、スペーサボールを用いた直動装置に比較して遙かに多くの負荷転動体を配置することができ、許容負荷容量を低減させることなく、長寿命化を図ることができる。また、軸、直動体及び転動体において、少なくとも１つに面積率で７５％以上の表面に、固体潤滑被膜を形成しているので、潤滑不良による、ねじ軸、ナット又はボールの表面の損傷を避けることが出来る。これによって、早期破損を阻止することができる。
【００１５】
本発明の請求項２記載の直動装置は、請求項１に記載の直動装置において、前記固体潤滑被膜は面積率で９５％以下の表面に形成していることを特徴とする直動装置である。
【００１６】
上記構成の直動装置によれば、固体潤滑被膜は面積率で９５％以下の表面に形成しているので、潤滑不良による、ねじ軸、ナット又はボールの表面の損傷を避けることが出来る。これによって、早期破損を阻止することができる。
【００１７】
また、本発明の請求項３記載の直動装置は、請求項１または２に記載の直動装置において、前記固体潤滑剤被膜厚さは、０．１μｍ〜８．０μｍであることを特徴とする直動装置である。
【００１８】
上記構成の直動装置によれば、固体潤滑剤被膜厚さは、０．１μｍ〜８．０μｍ、さらに被膜面積が７５％以上であるので、固体潤滑剤被膜が脱落することなく良好な潤滑特性を発現するとともに、潤滑不良による、ねじ軸、ナット又はボールの表面の損傷を避けることが出来る。これによって、早期破損を阻止してボールねじの寿命を長期化することができる。
【００１９】
また、本発明の請求項４記載の直動装置は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の直動装置において、前記固体潤滑被膜が形成された前記表面には、深さが０．１μｍ以上、５．０μｍ以下の微小なくぼみが形成されていることを特徴とする直動装置である。
【００２０】
上記構成の直動装置によれば、固体潤滑被膜が形成された表面には、深さが０．１μｍ以上、５．０μｍ以下の微小なくぼみが形成されているので、潤滑不良による、ねじ軸、ナット又はボールの表面の損傷を避けることが出来る。これによって、早期破損を阻止することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明の請求項１記載の直動装置によれば、転動体に夫々対面する２個の凹面を有するリテーニングピースを、隣接する転動体間に夫々配設するようにしたので、転動体は、リテーニングピースの凹面に極めて低摩擦で接触しながら該リテーニングピースと共に転動体溝内を転動循環し、転動体同士の競り合いが防止されて、競り合いによる作動不良、騒音及び異常音の発生、転動体の摩擦による損傷を防止することができる。また、スペーサボールを用いた直動装置に比較して遙かに多くの負荷転動体を配置することができ、許容負荷容量を低減させることなく、長寿命化を図ることができる。
【００２２】
更に、軸、直動体及び転動体において少なくとも１つに、面積率で７５％以上の表面に、固体潤滑被膜を形成することによって、潤滑不良による早期の不具合を抑制できる。
【００２３】
本発明の請求項２記載の直動装置によれば、請求項１に記載の固体潤滑剤被膜の厚さを面積率で９５％以下の表面に形成することによって、潤滑不良による早期の不具合を抑制できる。
【００２４】
また、本発明の請求項３記載の直動装置によれば、請求項１または２に記載した被膜の厚さが０．１μｍ〜８．０μｍとなるようにしたので、潤滑不良による早期不具合を大幅に改善することができる。
【００２５】
また、本発明の請求項４記載の直動装置によれば、請求項１〜３のいずれか一項記載の固体潤滑被膜の表面に、深さが０．１μｍ以上、５．０μｍ以下の微小なくぼみを形成することによって、潤滑不良による早期不具合を大幅に改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の直動装置の一実施形態を図１乃至図７に基づいて説明する。図１は本発明の直動装置の一実施形態であるボールねじの平面図、図２は図１におけるＡ−Ａ矢視縦断面図、図３は図２におけるねじ溝に沿った縦断面図、図４は図３におけるリテーニングピースの拡大断面函、図５はリテーニングピースの有無及び残留オーステナイト量と寿命との関係を示すグラフ、図６は本発明の直動装置を適用したリニアガイドの斜視図、図７は本発明の直動装置を適用したリニアボールベアリングの斜視図である。
【００２７】
図１乃至図４に示すように、本実施形態の直動装置の一例たるボールねじ１は、雄ねじ溝３ａが外周部に形成されたねじ軸３と、雌ねじ溝（転動体溝）５が内周面に形成された直動体である円筒形状のナット７と、雄ねじ溝３ａと雌ねじ溝５との間に介装された複数個のボール（転動体）９とから構成されている。
【００２８】
ねじ軸３は、ナット７をねじ軸３の軸線方向に沿って案内するためのものであって、例えば、ＡＩＳＩ５１４０等を高周波焼入れするか、或いはＳＣＭ４２０等の肌焼鋼を浸炭又は浸炭窒化することにより表面硬度をＨＲＣ５６〜６３程度の硬度に調整して製作されている。また、外周面の全長にわたってボール９の半径ｒと略同じ曲率半径を持つ断面半円形、又はボール９の半径ｒより僅かに大きい曲率半径を有する円弧同士を中間部で交差させた、所謂ゴシックアーチ形状の雄ねじ溝３ａが形成されている。雄ねじ溝３ａのピッチは、ボールねじ１が組み込まれる装置（図示せず）の仕様に従って任意のピッチとすることができる。
【００２９】
ナット７は、ねじ軸３の軸線方向に沿って直線移動する直動体として、円筒形に形成されており、一端には装置のテーブル（図示せず）等に固定するためのフランジ１１が形成され、外周面の一部は切り欠かれて平面部１３が形成されている。このナット７は、例えば、ＳＣＭ４２０等の肌焼鋼を浸炭焼入れするか、又はＳＵＪ２或いはＳＵＪ３等の高炭素クロム軸受鋼を焼入れ、焼戻しすることにより、表面硬度をＨＲＣ５６〜６３程度の硬度に調整して製作されている。また、耐蝕性が求められる場合には、マルチンサイト系ステンレス鋼を使用することもできる。
【００３０】
ナット７の内周面には、雄ねじ溝３ａと同一形状、同一ピッチの雌ねじ溝５が形成され、平面部１３には、鋼管製のチューブ１５がチューブ押え１７によって固定されている。チューブ１５は、雌ねじ溝５の一端側と他端側とを連通させて、ボール９の循環経路を構成するようになっている。すなわち、チューブ１５は、雄ねじ溝３ａおよび雌ねじ溝５とともに、ボール９の移動を案内する案内部材として、その内部を通してボール９を移送して雌ねじ溝５の一端側から他端側ヘボール９を循環させるように構成されている。また、ナット７の両端には、プラスティック製のダストシール１９が配設され、異物が外部からナット７内に侵入するのを防止するようになっている。
【００３１】
ボール９は、転動することによって摩擦損失なく滑らかにナット７を直線移動させるためのものであって、雄ねじ溝３ａと雌ねじ溝５とから構成された転動路内に転動自在に複数個が配設されている。ボールねじ１に使用されるボール９の素材には、Ｓｉ含有量１．５％以下、Ｃｒ+２．５Ｍｏの総含有量が２．０％以下、好ましくは１．８％以下の、例えば、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼を用い、表面を浸炭窒化処理した後、タンブラー加工、又はボールピーニング加工することによって、表面層の残留オーステナイト量を１５〜４０容量％とし、且つ表面硬度をＨＲＣ６２〜６７（Ｈｖ７４６〜９００）に調整して製作されている。
【００３２】
ボールねじ１を構成するねじ軸３、ナット７及びボール９の内、少なくとも１つに、微小なくぼみを形成し、且つ、微小なくぼみならびにその表層部に固体潤滑剤被膜を形成させている。なお、ねじ軸ならびにナットは、熱処理を施して表面硬度を最適硬度、例えばＨＲＣ５６〜６３程度の硬度に調整して製作されている。さらに、固体潤滑剤被膜の厚さは、０．１μｍ〜８．０μｍであるように製作されている。
【００３３】
本実施例においては、上記本発明の１つの形態によれば、微小なくぼみ（凹部）の作製方法にはバレル加工を用いた。固体潤滑剤を充填する方法として、ショットピーニングを利用して、メディアとして固体潤滑剤（本実施例では二硫化モリブデンを採用）を利用し、高圧ガスで凹部の生成した母相に噴射し塑性変形させて、機械的なかみ合いを利用する方法がある。
【００３４】
図３及び図４に示すように、リテーニングピース２１は、ボール９同士の直接接触を防止するためのものであって、夫々のボール９間に複数個が介装されている。リテーニングピース２１は、例えば、それ自体に潤滑作用を有するポリアミドやフッ素樹脂、或いは潤滑油を含浸させたポリエチレン等から成り、両端にボール９の半径ｒよりも大きい曲率半径Ｒを有する凹球面２３が形成された円盤状に製作されている。これによって、全長Ｌに対して中央部の厚みｔを小さくして多数個のボール９を配設することができると共に、該ボール９とりテーニングピース２１の接触面積を小さくして摺動抵抗を最小とするように構成されている。
【００３５】
また、凹球面２３の形状は、球面形状に限定されるものではなく、２個の円弧を中間部で交差させて形成されるゴシックアーチ形の凹面であっても、また円錐形状の凹面であってもよい。また、凹面に貫通穴を設け、この貫通穴内に潤滑剤を保持させてボール９との接触抵抗を低減させるようにしてもよい。
【００３６】
リテーニングピース２１の外径寸法は、ボール９の直径及び該ボール９に最大負荷が作用して弾性変形した時のボール９の直径よりも小さく設定されており、リテーニングピース２１が、雄ねじ溝３ａと雌ねじ溝５から構成された転動路及び循環経路たるチューブ１５内を通過する際に、該転動路、チューブ１５及び転動路とチューブ１５との接続部に干渉せず、滑らかに循環できるようになっている。具体的には、ボール９の直径寸法の０．５倍〜０．９倍の外径寸法とするのが好ましい。
【００３７】
また、転動路内に配設されたボール９及びリテーニングピース２１の隙間は、該隙間が大き過ぎると、リテーニングピース２１が倒れて機能を発揮することができず、また小さ過ぎるとりテーニングピース２１とボール９との摩擦力が大きくなって作動不良の一因となるので、適正な隙間となるように設定されている。
【００３８】
具体的には、転動路内に配設した全てのボール９及びリテーニングピース、更に、リテーニングピース２１の外径寸法ｄｓは、ボール９の直径寸法ｒの０．５倍乃至０．９倍の外径寸法となっているので、リテーニングピース２１がボール９と共に、転動路及びチューブ１５を通過する際に、該転動路、チューブ１５及びそれらの接続部に干渉することはなく、滑らかに循環して、トルク変動やリテーニングピース２１の摩耗も抑えられる。また、転動路、チューブ１５内でのボール９及びリテーニングピース２１の隙間は、総隙間Ｓ１＞０、且つ最後尾に当たる１個のリテーニングピース２１を除去したと仮定したとき、先頭のボール９と最後尾のボール９との隙間Ｓ２＜０．８×ｄｓとなるように設定されているので、転動路内でリテーニングピース２１が倒れることはなく、良好な作動を維持することができる。
【００３９】
しかし、ボールねじ１の転動路及び循環経路１５には、ボール９を循環させるために急激に方向が変化する部分が形成されることは避けられない。即ち、転動路と循環経路たるチューブ１５とが接続する接続部では、転動路からボール９を掬い上げるために急激に方向が変化している。また、該接続部においては、ボール９が転動路から循環経路へ転動する際に、ボール９に作用する負荷が急激に除去されたり、逆に、ボール９が循環経路から転動路へ転動する際に、無負荷状態から急激に高負荷状態に引き込まれたりする。このとき、接続部の角部にボール９が衝突して、ボール９の滑らかな循環が妨げられると共に、該角部には断続的な高負荷が作用し、剥離と脱落を繰り返しながら徐々になじむこととなる。
【００４０】
上記した剥離及び脱落が発生すると、剥離片が高負荷の転動路内に噛み込まれて、更に潤滑条件を悪化させる。この場合、接続部の角部に大きなＲ加工を施して負荷の大きさを低下させることも有効な対策ではあるが、加工コストの上昇と管理上の課題があり、完全な対策とはなり難い。
【００４１】
ここで、本発明者は、リテーニングピース２１を転動するボール９間に介装させてボール９同士の競り合いを解消したにも係わらず、高速、高負荷の使用条件において発生する疲労損傷について、長年にわたり研究した結果、潤滑不良に起因する表面起点型剥離という不具合モードには、ねじ軸、前記直動体及び前記転動体の少なくとも１つに、微小なくぼみを形成し、且つ、微小なくぼみならびにその表層部に固体潤滑剤被膜を形成し、さらに固体潤滑剤被膜厚さが０．１μｍ〜８．０μｍ、さらに被膜面積率が７５〜９５％の範囲であれば、さらに優れた特性を示すことを見出した。このことは、リテーニングピース２１をボール９間に介装させることだけでは、解決されない問題を含んでいることを示唆している。
【００４２】
具体的には、ボールねじ１を構成するねじ軸３、ナット７及びボール９の内、少なくとも１つの表面に、微小なくぼみを形成し、且つ、微小なくぼみならびにその表層部に固体潤滑剤被膜を形成し、さらに、その被膜厚さを０．１μｍ〜８．０μｍとすることにより、損傷を大幅に低減させることが出来きる。
【００４３】
即ち、ボールねじ１を構成するねじ軸３、ナット７及びボール９の内、少なくとも１つの表面に、微小なくぼみを形成し、且つ、微小なくぼみならびにその表層部に固体潤滑剤被膜を形成することによって、固体潤滑剤と母相の結合力を高めることが出来るため、固体潤滑剤自体が脱落することなく、潤滑不良が発生した場合において、固体潤滑剤被膜により潤滑性が確保できる。
【００４４】
また、ボールねじ１を構成するねじ軸３、ナット７及びボール９の内、少なくとも１つの表面に、微小なくぼみ（ディンプル）を形成し、且つ、微小なくぼみならびにその表層部に固体潤滑剤被膜を形成する代わりに、雄ねじ溝３ａと雌ねじ溝５で構成される転動路およびチューブ１５で構成される循環経路を含む通路であって、ボール９の移動を案内する案内通路とボール９のうち少なくとも１つの表面に固体潤滑剤被膜を形成することによっても、固体潤滑剤と母相の結合力を高めることが出来るため、固体潤滑剤自体が脱落することなく、潤滑不良が発生した場合において、固体潤滑剤被膜により潤滑性が確保できる。さらに、固体潤滑剤被膜の厚さを０．１μｍ〜８．０μｍにすることにより、より良い潤滑性を確保できる。
【００４５】
以下に、本発明に用いられる合金成分の作用及び成分範囲の限定理由につき説明する。
固体潤滑剤被膜厚さが０．１μｍ〜８．０μｍ
固体潤滑剤被膜の厚さが０．１μｍ以下であると、潤滑剤が枯渇するような場合に良好な潤滑特性を発揮できない。また、固体潤滑剤被膜厚さが８．０μｍ以上であると、固体潤滑剤被膜による潤滑能力が飽和するとともに、固体潤滑剤被膜の厚さが不均一となり、すきま管理が難しくなるため、固体潤滑剤被膜の厚さは０．１μｍ〜８．０μｍであることが好ましい。また、上記特性を良好にする範囲、即ち、さらに好ましい範囲は０．６μｍ〜１．５μｍである。
【００４６】
なお、本発明の直動装置は、上記実施形態ではボールねじを一例に説明したが、直動装置は、ボールねじに限定されるものではなく、図６に示すように、案内レール３１の両側面に形成された転動溝３２と、スライダ３５の内部に設けられた転動溝及びボール循環経路の間に複数個のボール（図示せず）が転動自在に配設されたリニアガイド３０にも適用することができる。
【００４７】
また、図７に示すように、外筒４１と、該外筒４１の内部に収納され、軸線方向に沿って延びる略トラック状の案内溝が形成された保持器４２と、該案内溝とリニアシャフト４５との間に転動自在に配設され、循環経路を介して循環する複数個のボール４３から構成されたリニアボールベアリング４０等のようにボール４３が転動して直動体を直線移動させる装置にも本発明を適用することができる。
【００４８】
また、ボール９の素材としては、本発明で規定する合金鋼を用いる以外にも、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受用鋼、又は高炭素クロム軸受用鋼に浸炭窒化等の硬化処理を行ったものでもよい。
【００４９】
本実施例においては、上記本発明の１つの形態によれば、微小なくぼみ（凹部）に固体潤滑剤を充填する方法として、ショットピーニングを利用したが、他の方法としては、固体潤滑剤を塑性変形させて、機械的なかみ合いを利用する方法がある。他の方法としては、固体潤滑剤とパラフィンワックス等の熱可塑性の樹脂を高温で綿錬し、半溶融状の液体を得て、塗布し、焼成する方法もある。前加工としてバレル加工を行い、その後、固体潤滑剤を塑性変形させて、充填する方法も有力である。
【００５０】
固体潤滑剤として二硫化モリブデンを使用したが、他の固体潤滑剤としては、ポリエチレン、フッ素樹脂、ナイロン、ポリアセタール、ポリオレフイン、ポリエステル、金属石鹸、ＭｏＳ２、ＷＳ２、ＢＮ、黒鉛、１フッ化カルシウム、フッ化バリウム、酸化金属などから選ばれる種々の工業材料が使用される。本実施例ならびに比較例に関しては、固体潤滑剤として二硫化モリブデンを用いたが、二硫化モリブデンの代わりに、上記材料のいずれかを用いることができる。
【００５１】
本実施例に関しては、バレル加工により、微小なくぼみを作製したが、ショットピーニングやレーザ加工機を用いた加工方法でも構わない。
【実施例】
【００５２】
本発明の直動装置に係る実施例と、実施例と比較するための比較例について説明する。すなわち、本発明の直動装置の効果を確認するために行った実施例１〜７、及び実施例と比較するために行った比較例１〜１１の試験について説明する。
【００５３】
試験には、ＪＩＳ１１９２の呼び番２５×１０×５００−Ｃ５のボールねじを用い、下記試験条件でＮＳＫ製ボールねじ耐久寿命試験機にかけ、摩耗や剥離等の損傷が発生するまでの試験時間を記録した。ワイブル関数分布により１０個の試料の内、寿命の短い側から１０％のボールねじが寿命に達するまでの時間を求め、これを試験寿命とした。試験結果は、各試験条件における理論寿命時間を算出し、該理論寿命時間に対する試験時間の比で表す。但し、理論寿命時間の３倍の試験時間に達したときには、十分な耐久寿命があるとして試験を打ち切った。
【００５４】
本実施例においては、ボールねじ１を構成するねじ軸３、ナット７及びボール９のうち、ねじ軸３及びナット７はＳＣＭ４３５から作製し、９２０℃〜９４０℃でＲＸガス+エンリッチガス+アンモニアガス雰囲気で４〜６時間浸炭窒化後、焼入れ焼戻しを行い、表面層の残留オーステナイト量を１５〜４０容量％とし、且つ表面硬度をＨＲＣ６２〜６７（Ｈｖ７４６〜９００）に調整した。
【００５５】
ボール９はＳＵＪ２から作製し、８４０℃でＲＸガス+エンリジチガス+アンモニアガス雰囲気で３時間浸炭窒化後、油焼入れして焼戻しを行い、表面層の残留オーステナイト量を１５〜４０容量％とし、且つ表面硬度をＨＲＣ６２〜６７（Ｈｖ７４６〜９００）に調整し、粗加工を施した後、タンブラー加工を行ってＧ２０相当まで仕上げ加工を施した。
【００５６】
本実施例においては、上記本発明の１つの形態によれば、前記凹部の作製方法にはバレル加工を用いた。固体潤滑剤を充填する方法として、ショットピーニングを利用して、メディアとして固体潤滑剤（本実施例では二硫化モリブデンを採用）を利用し、高圧ガスで凹部の生成した母相に噴射し塑性変形させて、機械的なかみ合いを利用する方法がある。本実施例ならびに比較例においては、ねじ軸のみに微小なくぼみを形成させ、固体潤滑剤被膜を形成させたが、ナットのみ、あるいはボールのみに行っても同様な性能が得られ、上記ボールねじを構成するねじ軸、ナット又はボールのうち、複数の部位に施しても良い。
【００５７】
本発明の直動装置に係る実施例と、該実施例と比較する比較例について説明する。すなわち、本発明の直動装置の効果を確認するために行った実施例１〜２４及び該実施例と比較するために行った比較例１〜７の試験について説明する。
【００５８】
試験には、ＪＩＳ１１９２の呼び番２５×１０×５００−Ｃ５のボールねじを用い、下記試験条件でＮＳＫ製ポールねじ耐久寿命試験機にかけ、一定時間毎に試験を中断してねじ軸の剥離の有無を確認し、剥離が発生するまでの試験時間を寿命時間した。
【００５９】
リテーニングピースは、ナイロン製のものを使用し、ボールと対面する凹面が円錐形状で、寸法はボールの直径の０．８倍とした。また、総隙間Ｓ１は０より大きく（Ｓ１＞０）、且つ最後尾に当たる１個のリテーニングピースを除去したと仮定したとき、先頭のボールと最後尾のボールとの隙間Ｓ２が、リテーニングピースの外径ｄｓの０．８倍より小さく（Ｓ２＜０．８×ｄｓ）なるように設定した。
【００６０】
試験に供したボールねじは、上記した手順で製作したねじ軸、ナント、ボール及びリテーニングピースを、夫々表１に示す組合せで組み付けて製作したものを試料として用いた。
【００６１】
試験条件  呼び番：ＮＳＫボールねじ２５×１０×５００−Ｃ５（ボール径３／１６インチ）  試験機：ＮＳＫ製ボールねじ耐久寿命試験機  試験負荷：アキシャル負荷５８００Ｎ（Ｐ／Ｃ＝０．５）  回転数：２００ｒ．ｐ．ｍ．  ストローク：６０ｍｍ  潤滑剤：鉱油系グリース
試験結果を、表１に示す。表１に示す寿命比は、比較例１の寿命時間を基準（１．０）とし、これに対する比で表した。
【００６２】
【表１】
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ボールに、本発明で規定するように、微小なくぼみを形成し、微小なくぼみならびにその表層部に固体潤滑剤被膜を形成した実施例１〜実施例２４のボールねじは、いずれも寿命が大幅に向上していることが分かる。特に、実施例１０〜１４は、固体潤滑剤被膜の面積率が８０％〜９５％と最適であるため、効果が顕著である。
一方、比較例３は、ボールに微小なくぼみを形成していなかったため、固体潤滑剤被膜が容易に脱落し、短寿命となった。比較例４〜比較例７は、固体潤滑剤被膜の厚さは、本発明で規定する厚さであるが、個体潤滑剤の面積率が６５〜７２％であるため、潤滑状態が著しく悪化して早期に表面疲労が生じて、短寿命となっている。
【００６３】
図５に示すように、上述した試験結果を、固体潤滑剤被膜の面積率と寿命比との関係として示したものである。固体潤滑剤被膜の面積率が７５％〜９５％であるボールねじの寿命は、顕著に向上していることが分かる。特に、固体潤滑剤被膜の面積率が８５％〜９０％であるボールの寿命は、著しく向上している。これによって、本発明の有効性が実証された。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の直動装置の一実施形態を示すボールねじの平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線の縦断面函である。
【図３】図２におけるねじ溝に沿った縦断面図である。
【図４】図３におけるリテーニングピースの拡大断面図である。
【図５】固体潤滑剤被膜厚さと寿命との関係を示す試験結果のグラフである。
【図６】本発明を適用したリニアガイドの斜視図である。
【図７】本発明を適用したリニアボールベアリングの斜視図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  ボールねじ（直動装置）、３  ねじ軸（軸）、７  ナット（直動体）、５  雌ねじ溝（転動体溝）、９  ボール（転動体）、１５  チューブ（循環経路）、２１  リテーニングピース、２３  凹球面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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